玻璃纖維筋及鐵砂配重層在明挖隧道施工中的應用

【摘要】廣州市增城區(qū)某上跨規(guī)劃地鐵線路明挖隧道項目，采用玻璃纖維鋼筋混凝土支護樁施工技術，避免了明挖隧道下方規(guī)劃地鐵隧道盾構施工過程中出現(xiàn)纏繞支護樁及抗拔樁鋼筋的問題。采用抗浮鐵砂配重層施工技術，減小了隧道結構底板厚度，保證隧道結構底板下方距規(guī)劃地鐵隧道結構的凈距。文章總結了玻璃纖維鋼筋混凝土支護樁及抗浮鐵砂配重層施工技術，為同類型工程項目提供參考。

【關鍵詞】玻璃纖維筋；鐵砂配重層；明挖隧道

【中圖分類號】TU99 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-6028（2024）11-0153-03

0 引言

傳統(tǒng)基坑支護結構鋼筋在酸堿、潮濕、氯離子等不良環(huán)境下，容易發(fā)生銹蝕現(xiàn)象，導致支護結構的強度及使用壽命大幅縮短。且傳統(tǒng)支護樁存在破除困難、鋼筋難以切割等問題，增加了后續(xù)破除支護樁的難度。玻璃纖維筋因具有抗拉強度高、耐腐蝕、質量輕及易切割等特點。目前常用于盾構始發(fā)工作井與接收工作井洞門處，取代支護結構的普通鋼筋，縮減了傳統(tǒng)人工鑿除洞門工序所需時間，使盾構機在未拆除洞門處圍護結構的情況下直接進出洞門[1-3]。但目前對玻璃纖維筋技術在隧道基坑支護樁的研究及應用較少[4]。

在地下水豐富、水位較高的地區(qū)，隧道抗浮措施成為確保施工安全和長期穩(wěn)定性的關鍵。傳統(tǒng)的抗浮措施，如抗拔樁、抗拔錨桿等，雖然能有效抵抗隧道結構產(chǎn)生的浮力，但施工時間長、成本高，且在某些特殊地質條件或施工環(huán)境下難以實施。鐵砂具有表觀密度大的特點，目前常用于橋梁配重，而在隧道抗浮配重層施工的應用較少[5-7]。

項目工程明挖隧道部分施工區(qū)域上跨規(guī)劃廣州某號線地鐵隧道，且明挖隧道底板距規(guī)劃地鐵隧道結構的凈距較小，為減少對規(guī)劃地鐵盾構施工的影響，采用玻璃纖維鋼筋混凝土支護樁及抗浮鐵砂配重層施工技術，保證了規(guī)劃地鐵隧道盾構施工的順利實施。通過分析玻璃纖維筋的特性和介紹其關鍵施工技術，以及系統(tǒng)闡述鐵砂配重層的基本原理和特性，包括其抗浮機理、材料選擇及質量控制措施等，結合具體工程實例，探討實際工程中的可行性和優(yōu)勢，為類似工程提供借鑒和參考。

1 工程概況

工程項目位于廣州市增城區(qū)，項目明挖隧道第三、第四節(jié)段下方是規(guī)劃的廣州某地鐵隧道，明挖隧道底板距規(guī)劃地鐵隧道結構最小凈距約為7 m。該隧道自西向東長度左幅約572 m（ZK0+410～0+982），右幅約440 m（YK0+410～+850）。東側引道懸臂式鋼筋混凝土擋土墻段、東西側敞開段、下穿閉口段，東側左幅引道擋土墻段全長133 m、凈寬13 m；東西側敞開段進口左幅長156.45 m、右幅長163.46 m，敞開段出口左幅長125.21 m、右幅長132.12 m、凈寬27.3 m，采用鋼筋混凝土U形槽結構及懸臂式鋼筋混凝土擋土墻；下穿閉口段全長左幅147.98 m、右幅153.25 m，結構全寬29.5 m，采用鋼筋混凝土雙孔箱涵，箱涵凈寬13.3 m，結構凈高6.635 m。

2 玻璃纖維鋼筋混凝土支護樁施工

隧道圍護樁擬采用玻璃纖維筋替代普通鋼筋，能避免后期明挖隧道下方規(guī)劃地鐵隧道盾構施工時，圍護樁鋼筋纏繞盾構機刀片等問題。隧道支護樁均為鉆孔灌注樁，采用旋挖鉆成孔施工技術。隧道D80支護樁共計211根，包含玻璃纖維鋼筋混凝土支護樁61根，平均埋深約為12～14 m；D100支護樁474根，其中玻璃纖維鋼筋混凝土支護樁170根，平均埋深約為19.5～26.4 m。

2.1 玻璃纖維鋼筋籠加工

2.1.1 玻璃纖維筋材料要求

玻璃纖維筋主要由玻璃纖維、樹脂基體及固化劑組成，玻璃纖維選用堿含量低于1.0%的無堿玻璃纖維（E-Glass），樹脂基體采用乙烯基和環(huán)氧樹脂體系或乙烯基樹脂和環(huán)氧樹脂混合樹脂。玻璃纖維含量范圍在70%～80%，玻璃纖維材料密度范圍在1.9～2.2 g/cm3。

玻璃纖維筋桿體表面質地應均勻，且無氣泡、裂紋、毛刺等其他缺陷，桿體螺紋牙形、牙距應整齊且無損傷。玻璃纖維筋的力學性能如表1所示。

2.1.2 玻璃纖維鋼筋籠加工

玻璃纖維鋼筋籠由兩部分組成，上部為普通鋼筋段，下部為玻璃纖維筋段，玻璃纖維筋段長度根據(jù)支護樁所在施工區(qū)域對規(guī)劃地鐵隧道的影響情況所確定。受力縱向主筋的普通鋼筋之間采用焊接連接，玻璃纖維筋之間及玻璃纖維筋與普通鋼筋之間采用鋼制U型扣件搭接連接，搭接長度不小于45d（d為主筋直徑），U型扣件尺寸應與普通鋼筋及玻璃纖維筋的直徑相匹配，連接端的U型扣件數(shù)量不少于2個，相鄰U型扣件間距為200 mm。其余部位的普通鋼筋之間、玻璃纖維筋之間及玻璃纖維筋與普通鋼筋之間采用綁扎連接。玻璃纖維筋主筋凈距為70 mm，混凝土保護層厚度不小于2d（d為主筋直徑）且不小于50 mm，如圖1、圖2所示。

玻璃纖維鋼筋籠的加勁箍筋應在廠家一次制作成型。為防止玻璃纖維筋籠吊裝過程中產(chǎn)生扭曲變形，在加勁箍筋內側綁扎三角形玻璃纖維筋加強支撐，直徑與加勁箍筋相同。

為防止玻璃纖維鋼筋籠在吊裝及運輸過程中出現(xiàn)較大的變形損壞，在玻璃纖維鋼筋籠制作過程中采取槽鋼包邊及玻璃纖維鋼筋籠內部設置玻璃纖維增強筋桁架等措施，增強玻璃纖維鋼筋籠的剛度。

2.2 玻璃纖維鋼筋籠吊裝及入孔

應設專職人員指揮玻璃纖維鋼筋籠吊裝施工，吊裝設備就位后，應先進行試吊，試吊通過后，再進行正式起吊。吊裝沿高度方向自上往下共設計3個起吊點，第1吊點位于上部普通鋼筋段，距鋼筋籠頂部1 m處；第2吊點位于普通鋼筋與玻璃纖維筋搭接部位以上1 m處；第3吊點位于下部玻璃纖維筋段，根據(jù)玻璃纖維筋長度、直徑設置在合適位置。由于玻璃纖維筋材料具有脆性、易破壞的特點，需在第3吊點處玻璃纖維筋上增設普通鋼筋及U型吊點，U型吊點與普通鋼筋連接，將起吊點設置在U型吊點處。

玻璃纖維鋼筋籠吊裝入孔時，應采取定位措施保證玻璃纖維鋼筋籠入孔精度，控制玻璃纖維鋼筋籠中心與樁中心的偏差。吊裝過程應控制吊裝速度，保證玻璃纖維鋼筋籠緩慢、垂直、平穩(wěn)入孔。入孔后應緩慢下放，下放過程玻璃纖維鋼筋籠不得磕碰孔壁，下放至設計深度后，應立即固定玻璃纖維鋼筋籠，防止玻璃纖維鋼筋籠產(chǎn)生位移或下沉。

3 抗浮鐵砂配重層施工

明挖隧道施工范圍豐水期最高地下水水位可達地表以下2.8 m，地下水水位高，有抗浮要求。但隧道正下方為規(guī)劃的廣州某號線地鐵隧道，施工抗拔樁會影響后續(xù)規(guī)劃地鐵盾構隧道施工。為抵抗地下水浮力，且不影響后續(xù)規(guī)劃地鐵盾構施工，明挖隧道采用壓重抗浮法施工。

目前常用的壓重抗浮法施工材料以重混凝土為主，而本工程采用的鐵砂表觀密度約為重混凝土表觀密度的2倍，在抵抗相同浮力的條件下，鐵砂配重層厚度約為普通混凝土配重厚度的1/2，采用鐵砂配重層能有效減小隧道底板厚度，保證明挖隧道底板距規(guī)劃地鐵隧道結構的凈距。綜合考慮，本工程采用鐵砂配重層進行抗浮施工，在隧道底板上端面施工鐵砂配重層來抵抗隧道結構受到的浮力，鐵砂配重層僅用于配重，不參與隧道結構受力。鐵砂配重層厚度應滿足隧道主體結構自重，能抵抗1.1倍的最大水浮力。

3.1 原材料選擇

抗浮鐵砂原材為鋼廠生產(chǎn)過程中殘余的鋼渣或鋼屑經(jīng)研磨粉碎、磁選回收后所剩余的鐵砂，鐵砂粒徑范圍為0.25～4.00 mm。鐵砂根據(jù)堆積密度、表觀密度可分為大比重配重鐵砂及小比重配重鐵砂，本工程選用大比重配重鐵砂，其堆積密度、表觀密度如表2所示。

3.2 抗浮鐵砂配重層施工

抗浮鐵砂配重層施工主要步驟如下：明挖隧道底板施工并達到設計強度→混凝土預制塊分隔→鐵砂原材料進場檢驗、隧道底板清理→鐵砂配重層分層攤鋪、分層壓實→壓實度檢測、鐵砂配重層驗收。

在抗浮鐵砂配重層施工前，應對隧道底板進行清理，通過試驗確定鐵砂最佳含水量（鐵砂質量的8%～12%）。應嚴格控制鐵砂攤鋪標高，每10～20 m設一組標高控制點。C30混凝土預制塊分隔沿隧道縱向每10 m設置1道，橫向布置在距離兩側排水溝、檢修道8 m處，如圖3所示。

鐵砂配重層應分層攤鋪、分層壓實，每層鐵砂虛鋪厚度控制在15 cm，壓實厚度控制在10 cm，壓實度不小于94%。鐵砂具有無黏結力、易松散、透水性強、內摩擦系數(shù)大等特點，應采用振動壓路機進行壓實作業(yè)。分層壓實施工時，應先靜壓2～3遍，再采用振動壓實，振動壓實不少于3遍，振動壓實時應先慢后快、由弱至強，沿隧道長度方向由兩側向隧道中央碾壓，同時確保鐵砂配重層與隧道內部路面橫坡一致。壓路機碾壓速度控制在4 km/h以內，現(xiàn)場壓實應做到無漏壓、無死角。相鄰兩段鐵砂配重層接縫處應騎縫碾壓，確保碾壓均勻、過渡平順。

3.3 抗浮鐵砂配重層質量控制措施

抗浮鐵砂配重層施工質量控制項目如表3所示。

4 結語

目前玻璃纖維筋技術常用于地鐵隧道盾構施工始發(fā)井或接收井的圍護結構處，提高盾構進洞及出洞的安全性，而鐵砂配重層目前主要應用在橋梁上部結構施工。本工程采用玻璃纖維鋼筋混凝土支護樁以及采用鐵砂配重層抗浮，避免了隧道下方未來規(guī)劃地鐵盾構機掘進施工時，盾構機被鋼筋纏繞的問題，提高下方規(guī)劃地鐵隧道施工的安全性及施工效率，可為同類型上跨規(guī)劃地鐵線路明挖隧道施工提供合理有效的參考。

參考文獻

[1] 周鐵橋，張愛明，李強，等.玻璃纖維筋應用于地下連續(xù)墻中的質量控制要點[J].建筑施工，2023，45（7）：1324-1326.

[2] 張士民.盾構始發(fā)穿越玻璃纖維筋圍護樁施工技術淺析[J].建筑機械化，2023，44（2）：21-23.

[3] 杜鵬，高群山.城市地鐵站點盾構穿行處玻璃纖維筋地下連續(xù)墻施工技術[J].建筑施工，2021，43（6）：1082-1084.

[4] 蔡植濱，李皓，張午陽，等.基坑鋼筋-玻璃纖維筋混凝土樁支護性能及應用研究[J].廣州建筑，2023，51（6）：9-12.

[5] 李育文，張平，路艷松，等.非對稱跨PC斜拉橋配重用高強鐵砂混凝土施工技術[J].價值工程，2023，42（6）：69-71.

[6] 李長坤，張愛想.鋼箱梁兩端配重混凝土配合比設計與應用[J].混凝土世界，2019（7）：84-87.

[7] 吳遠志.鐵砂混凝土在城市隧道抗浮設計中的運用[J].工程技術研究，2022，7（9）：103-105.